JP4115806B2

JP4115806B2 - 地盤改良材

Info

Publication number: JP4115806B2
Application number: JP2002311714A
Authority: JP
Inventors: 達夫五十畑; 達志秋山; 一司荒木; 準清水; 智之片岡; 貴憲山本
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004143339A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、地盤改良材に関し、特に、軟弱地盤を固化し、支持力を向上させるために地盤に混入したり、混入した後の地盤のｐＨを上昇を抑制することのできる、地盤改良材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に地盤改良材には、アーウィン、ポルトランドセメント、高炉スラグとポルトランドセメントとの混合物、ジェットセメントや石灰、又はそれらを主成分としているものが用いられており、特に、石膏やスラグ等を２〜３種類混合したものが使用されている。
かかる従来の地盤改良材は、セメントや石灰などを主成分としているため、強アルカリ性であり、地盤改良材を混入した土（以下、「安定処理土」という）も強アルカリ性（ｐＨ１２以上）を示すことが多い。
【０００３】
その結果、かかる強アルカリ性を有する安定処理土が存在する場所の近辺の地下水や周囲の湖沼水のｐＨが上昇することがあり、望ましくない。
この対策の一つとして、地盤改良材にフライアッシュを５０重量％以上混合したものを使用することがあるが、この場合、地盤の強度が小さくなってしまう。その結果、地盤改良材の混入量を多くしなければならず不経済である。
また、安定処理土のｐＨも期待するほど低下しない。
【０００４】
さらに、上記強アルカリ性を示す浚渫土を処理する場合には、ｐＨが高いため、処分場に直接投棄できないという問題もある。
この問題に対し、高分子吸水剤が使用されるが、所定の強度を得るためには混入量を大きくする必要があり、その結果、高価なものとなってしまう。
【０００５】
また、空気中の炭酸ガスによる作用で、安定処理土のｐＨが下がるまで当該処理土を放置する方法もあるが、ｐＨ低下までに長い時間を要し、その間に強度が増進して、掘り起こせなくなることもあり、その上、放置場所の確保にも問題がある。
【０００６】
また、従来の地盤改良材は、強度の発現が遅く、混入量を多くした場合には長期強度が過度に増進してしまう。
その結果、短期（材齢３日程度まで）に強度の発現を必要とする場合には、地盤改良材の混入量が過剰になってしまい、その結果、安定処理土の長期（材齢２８日以降）における強度が過大になり、再工事、再利用の際に当該箇所を掘削することが困難になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、地盤等に混入した場合に、処理土壌のｐＨが、従来の地盤改良材を混入した場合と比較して低下する、地盤改良材を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、従来の地盤改良材の混入量と同量の地盤改良材を使用した場合に、短期で強度を発現することができる地盤改良材を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、長期強度の過度の増進がない地盤改良材を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の地盤改良材は、カルシウムアルミネート相を４０〜８０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２が５重量％未満である速硬性硬化材１００重量部と、硫酸塩化合物１５〜２５０重量部とを含有し、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１以上であり、該カルシウムアルミネートは、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２であることを特徴とする。
【００１１】
カルシウムアルミネートとしては、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、４ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・ＳＯ_３、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２及び非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等があり、前記非晶質系のものは、急硬性成分であるＣ_１２Ａ_７を主成分としたクリンカーを溶融し、その後これを急冷することによって非晶質Ｃ_１２Ａ_７系を合成したものである。本発明においては、カルシウムアルミネートは、１１ＣａＯ・７Ａｌ _２Ｏ _３・ＣａＦ _２である。
【００１２】
さらに好適には、上記地盤改良材において、硫酸塩化合物は、二水石膏、半水石膏、無水石膏、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムからなる群よりえらばれることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の地盤改良材は、カルシウムアルミネート相を、４０〜８０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２が５重量％未満である速硬性硬化材１００重量部と、硫酸塩化合物１５〜２５０重量部とを含有し、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１以上である。
【００１４】
上記カルシウムアルミネート相を上記範囲で含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２を上記範囲以下とする速硬性硬化材と硫酸塩化合物とを含有することにより、エトリンガイトが形成され、土壌中に本発明の地盤改良材を混入した場合に、ｐＨを従来の処理土壌と比較して低下させることができるのである。
【００１５】
上記速硬性硬化材には、カルシウムアルミネート相が１０重量％以上、好ましくは１０〜８０重量％、より好ましくは４０〜８０重量％含まれる。
かかるカルシウムアルミネート相を、速硬性硬化材中に１０重量％以上含むことにより、有効な量のエトリンガイトが形成され、処理土壌のｐＨの低減を図ることができるとともに、処理土壌の強度を高く保持することができ、さらに好適には１０〜８０重量％、より好適には４０〜８０重量％とすることにより、さらに前記理由に加えて早期強度の発現を実現することができるので、望ましい。
【００１６】
カルシウムアルミネート相は、上記速硬性硬化材中に結晶相もしくは非結晶相として存在しているものであり、その種類は特に限定されず、例えば、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、非晶質１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、非晶質１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられるが、特に、後述する本発明の地盤改良材の効果を有効に発現させる点から、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等のＣ_１２Ａ_７系のものが好ましく、本発明においては１１ＣａＯ・７Ａｌ _２Ｏ _３・ＣａＦ _２をカルシウムアルミネート相とするものである。
【００１７】
また、速硬性硬化材には、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２が含まれないことが、処理土壌のｐＨを低下させる点で好ましいが、含まれていても、多くとも５重量％未満の量であれば大きな影響はない。５重量％以上の量で含まれると、最終的に、本発明の土壌改良材で処理した処理土壌のｐＨが高くなってしまい、ｐＨの低減が図れなくなり、好ましくない。
【００１８】
このような本発明における速硬性硬化材は、特許第３１７９７０２号、特開平８−１６９７３４号に記載されたものである。
【００１９】
また、上記速硬性硬化材のブレーン比表面積は、１０００〜１００００ｃｍ^２／ｇ、より好ましくは２５００〜４０００ｃｍ^２／ｇであることが反応性と流動性の両立の点から望ましく、これは１０００ｃｍ^２／ｇ未満であると未反応のまま残存してしまい、また１００００ｃｍ^２／ｇを超えると、反応性が高くなってしまい、ハンドリングが困難となるからである。
【００２０】
また、本発明の地盤改良材中に含まれる硫酸塩化合物は、二水石膏、半水石膏、無水石膏、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムからなる群より選ばれるものが好適に使用できる。
かかる硫酸塩化合物は、上記速硬性硬化材とともにエトリンガイトを形成して、処理土壌のｐＨを低下させる。
【００２１】
かかる硫酸塩化合物のブレーン比表面積は、１０００〜１５０００ｃｍ^２／ｇ、好ましくは２５００〜７０００ｃｍ^２／ｇであることが望ましい。これは、１０００ｃｍ^２／ｇ未満であると、溶解速度が遅く、硫酸塩化合物の硫酸イオンの供給が不足し、一方、１５０００ｃｍ^２／ｇを超えると、微粉末のため混合や取り扱いが困難となるからである。
【００２２】
また、本発明の地盤改良材中のこれらの硫酸塩化合物と上記速硬性硬化材の含有割合は、速硬性硬化材１００重量部に対して、硫酸塩化合物１５〜２５０重量部である。
この硫酸塩化合物の混合量は、速硬性硬化材中のカルシウムアルミネートのＡｌ_２Ｏ_３量とのモル比により、決定される。
【００２３】
具体的には、上記硫酸塩化合物中のＳＯ_３と上記速硬性硬化材中に含有されるカルシウムアルミネート中のアルミネート（Ａｌ_２Ｏ_３）とのモル比が１以上、好ましくは１〜３であることが、ｐＨの低減及び強度の保持の点から望ましい。
【００２４】
例えば、図１に、速硬性硬化材中の１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２と硫酸塩化合物としての二水石膏の関係を示す。横軸に速硬性硬化材中の１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２の含有量（重量％）を、縦軸に速硬性硬化材１００重量部に対する二水石膏の量（重量部）を表したものである。
この場合、地盤改良材のＳＯ_３とＡｌ_２Ｏ_３とのモル比（ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比）は、図１中に示す４つの領域に分割される。かかる４つの領域の各領域における地盤改良材を浚渫土（湿潤密度；１．１９４ｇ／ｃｍ^３、含水比；２５０．４％、Ｉｇ．ｌｏｓｓ；１４．９％、奈良県産）１ｍ^３に３００ｋｇの量で添加した場合のｐＨと強度を次の表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
ただし、ｐＨ試験及び強度の測定は、後述する実施例中の試験例で記載したと同様の方法で測定した。
また、その評価も、下記の実施例中の表３で示す基準と同様の基準で評価した。
これにより、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１以上、好ましくは１〜３であることがわかる。
【００２７】
本発明の地盤改良材は、上記速硬性硬化材と硫酸塩化合物とを上記混合割合で混合することにより得られ、その混合方法は特に限定されず、焼成して粉砕した速硬性硬化材に粉砕した硫酸塩化合物を混合しても、速硬性硬化材と硫酸塩化合物とを添加混合した後に粉砕しても、いずれの公知の方法を用いて混合してもかまわない。
【００２８】
上記したような本発明の地盤改良材は、軟弱地盤や、高含水の建設発生土等に添加することができ、本発明の地盤改良材が添加される土壌としては、砂土、砂壌土、ローム、シルト、泥水、粘土等が挙げられる。
【００２９】
また、本発明の地盤改良材の土壌への添加量としては、土壌の種類によって異なるものの、例えば、土壌１ｍ^３あたり５０〜６００Ｋｇ程度が好適に使用できる。
【００３０】
【実施例】
本発明を次の実施例及び比較例、並びに試験例により説明する。
地盤改良材（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４）
地盤改良材に使用される速硬性硬化材として、含有されるカルシウムアルミネート相の種類とその含有量、更にはＣ_３Ｓの含有量をそれぞれ下記表２に示す。また、その粉末度（ｃｍ^２／ｇ）も下記表２に示す。
また、硫酸塩化合物としては、二水石膏を使用した。かかる二水石膏の粉末度（ｃｍ^２／ｇ）も下記表２に示す。
【００３１】
上記速硬性硬化材と、二水石膏とを、それぞれが含有するSO₃とＡｌ_２Ｏ_３とのモル比が、下記表２に示す割合となるように均一に混合して、それぞれ地盤改良材を得た。
【００３２】
試験例１
試料土として、浚渫土（湿潤密度；１．１９４ｇ／ｃｍ^３、含水比；２５０．４％、Ｉｇ．ｌｏｓｓ；１４．９％、奈良県産）１ｍ^３を使用した。
かかる試料土１ｍ^３に、上記No.1〜No.15で得られた地盤改良材３００ｋｇを添加して、処理土のｐＨと強度を測定した。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
但し、ｐＨ試験は、地盤工学会基準ＪＧＳ０２１１「土懸濁液のｐＨ試験方法」に準拠して測定し、また、強度は、一軸圧縮試験：ＪＩＳＡ１２１６「土の一軸圧縮試験方法」に準拠して測定した。
【００３５】
また、表２中のｐＨ及び強度の評価基準は、次の表３に示す基準により評価した。
【００３６】
【表３】

【００３７】
試験例２
Ｎｏ５（SO₃/Al₂O₃モル比１〜２未満）で得られた地盤改良材と、No.１（SO₃/Al₂O₃モル比１未満）及びNo.2（SO₃/Al₂O₃モル比１〜２未満）で得られた地盤改良材とを、試験例１で用いた試料土に、試験例１で用いた添加量、加えて、強度の経時的変化を測定した。その結果を図２に示す。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の地盤改良材は、地盤等に混入した場合に、ｐＨが低い安定処理土を得ることができる。
【００３９】
また、本発明の地盤改良材は、従来の地盤改良材と同量を使用した場合であっても、短期で強度を発現することができる。
【００４０】
また、長期強度の過度の増進がない、例えば材齢７日以降の安定処理土の強度増進が小さい地盤改良材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】地盤改良材中の速硬性硬化材に含まれるカルシウムアルミネート相の含有量と、当該速硬性硬化材１００重量部に対する二水石膏の量との関係を示した線図。
【図２】地盤改良材の材齢と、強度と関係を示した線図。

Claims

カルシウムアルミネート相を４０〜８０重量％以上含みかつ３ＣａＯ・ＳｉＯ_２が５重量％未満である速硬性硬化材１００重量部と、硫酸塩化合物１５〜２５０重量部とを含有し、ＳＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が１以上であり、該カルシウムアルミネートは、１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２であることを特徴とする、地盤改良材。
請求項１記載の地盤改良材において、硫酸塩化合物は、二水石膏、半水石膏、無水石膏、硫酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムからなる群より選ばれることを特徴とする、地盤改良材。